Способ определения закупоривающей способности промывочной жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к области исследования фильтрации промывочных жидкостей с различными закупоривающими материалами через высокопроницаемые (трещиноватые, раздробленные, кавернозные) горные породы и может быть использовано при анализе и разработке оптимальных составов промывочных жидкостей для бурения скважин в условиях поглощения.

Цель изобретения состоит в повышении точности и достоверности определения закупоривающей способности промывочной жидкости в широких диапазонах изменений перепада давления и проницаемости горных пород путем постоянного разрушения структуры жидкости за счет ее перемешивания при вращении и непрерывного дополнения камеры испытуемой промывочной жидкостью со скоростью фильтрации жидкости.

На фиг,1 изображено схематически устройство для определения закупоривающей способности промывочной жидкости.

С

со

СП

ел о

С)

Устройство включает электродвигатель 1 с регулируемой частотой вращения, размещенный на платформе 2, на оси 3 которого закреплена камера 4 приема испытуемой жидкости (камера вращения). Камера 4 состоит из нижнего 5 и верхнего 6 оснований, соединенных наружной 7 и внутренней 8 проницаемыми обоймами, между которыми помещен модельный образец 9 горной породы. На корпусе электродвигателя 1 закреплена камера 10 для сбора отфильтрованной жидкости (неподвижная камера), снабженная каналом 11 для сбора отфильтрованной жидкости и выходным отверстием 12, под которым расположена мерная емкость 13. На крышке 14 камеры 10 закреплен патрубок 15, к нижней части которого присоединен корпус 16 клапана 17. Корпус 16 помещен по центру камеры 4 через канал 18 в верхнем основании 6 кассеты 4, Между корпусом 16, верхним б и нижним 5 основаниями имеются зазоры а и б, соответственно. Патрубок 15 верхней частью соединен с трубопроводом 19, который через кран 20, соединен с сосудом 21, заполненным испытуемой жидкостью 22. Внутри сосуда 21 размещен перемешивающий стержень 23, под сосудом установлена магнитная мешалка 24.

Пример осуществления способа и работа устройства для его осуществления.

Между обоймами 7 и 8, установленными на нижнем 5 основании, помещают модельный образец 9 горной породы с требуемой проницаемостью и прикрепляют к обоймам верхнее 6 основание, после чего закрепляют нижнее 5 основание камеры 4 на оси электродвигателя 1 при снятой крышке 14. Затем устанавливают крышку 14 с патрубком 15, корпусом 16 и клапаном 17 на камеру .1.0, подают питание на электродвигатель 1, придающий вращение камеры 4с заданной частотой, и открывают кран 20. Испытуемая жидкость 22, размещенная в сосуде 21, для разрушения структуры и предупреждения гравитационного осаждения частиц закупоривающего материала перед началом и в течение всего опыта перемешивается магнитной мешалкой 23, 24. Жидкость 22 по трубопроводу 19 поступает через клапан 17 в камеру 4. Клапан 17 регулирует поступление жидкости 22 в камеру 4 по мере фильтрации испытуемой жидкости через образец. Испытуемая жидкость вращается в камере 4, за счет центробежных сил создается давление жидкости на образец 9, происходит фильтрация жидкости и закупоривание пор, трещин и Т.л, в образце 9 породы частицами закупоривающего материала. Отфильтрованная жидкость собирается в канале 11

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

камеры 10 и через отверстие 12 поступает в камерную емкость 13. Фиксируется время с момента подачи жидкости 22 из сосуда 21 в камеру 4 до момента прекращения поступления отфильтрованной жидкости в мерный сосуд 13, а также - количество поданной испытуемой жидкости в камеру 4 и количество отфильтрованной жидкости. Давление жидкости Р на образец 9 регулируется ее плотностью р и частотой вращения п камеры 4 в соответствии с известным выражением при постоянном радиусе R камеры 4:Р

-/зйЯ R2, где со - угловая скорояп

(см. В.Е.Кузьмичев. Закон

сть,-.

формулы физики,- Киев: Наук, думка, 1989,С.121). ,

Предлагаемый способ реализован следующим образом. В устройстве для определения закупоривающей способности промывочной жидкости установлен кольцевой модельный образец горной породы, представленный рядами стальных шаров диаметром 3,2 мм. Внутренний диаметр образца 150 мм. Объем камеры вращения 350 см . Испытуемой жидкостью служил глинистый раствор, приготовленный из глинопо- рошка ПВГ со следующими параметрами: плотность - 1060 кг/м3, пластическая вязкость -0,01 Па-с, динамическое напряжение сдвига-0,5 Па, показатель фильтрации-18 см3/30 мин. В глинистый раствор вводился закупоривающий материал в количестве 3 мас.% . В каждом опыте исходный объем глинистого раствора с закупоривающим материалом составлял 3000 см3. В качестве закупоривающего материала использовались торф низинный осоковый и древесные опилки. Закупоривающий материал предварительно был отсортирован. Плотность раствора с тем и другим закупоривающим материалом составляла 1050 кг/м3.

Испытания проводились в режиме вращения электродвигателя 3000 об/мин. Полученные результаты приведены в таблице.

Анализ полученных результатов показывает, что при заданных параметрах испытаний (градиента напора, проницаемости модельного образца, содержании закупоривающего материала) лучшие результаты (меньшие объем поглощенной жидкости и продолжительность создания непроницаемого экрана) обеспечивает применение торфа.

Использование предлагаемого способа и прибора для определения закупоривающей способности промывочной жидкости позволяет по сравнению с существующим повысить точность и достоверность результатов исследований в условиях максимально приближенных к реальным условиям течения жидкости в скважине, Это достигается возможностью в зависимости от конкретных геологотехнических условий изменять в широких пределах величину давле- ния жидкости (градиент напора) на образец породы за счет изменения частоты вращения камеры, а также возможность изменять проницаемость модельного образца горной породы. Кроме того измерение и сравнение объемов подаваемой в камеру (испытуемой) и отфильтрованной жидкости позволяет оценить количество материала, участвующего в процессе закупоривания породы, что значительно расширяет возможности спо- соба и позволяет использовать получаемую информацию для выбора типа и концентрации закупоривающего материала в промывочной жидкости для бурения скважин в конкретных геологотехнических условиях. Формула изобретения 1, Способ определения закупоривающей способности промывочной жидкости, заключающийся в создании постоянного напора жидкости, фильтрующейся через об- разец проницаемой горной породы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения закупоривающей способности промывочной жидкости в широких диапазонах изменений перепада давления и проницаемости горных пород, кольцевой образец породы помещают на периферии камеры, которой придают вращение с заданной скоростью вокруг ее центральной оси, после чего камеру заполняют испытуемой жидкостью, содержащей закупоривающий материал, и за счет вращения камеры создают давление жидкости на кольцевой образец породы, причем камеру через канал в ее центральной части непрерывно дополняют испытуемой промывочной жидкостью со скоростью фильтрации жидкости через образец породы, а количество подаваемой в камеру и отфильтрованной жидкости и время фильтрации жидкости регистрируют.

2. Устройство для определения закупоривающей способности промывочной жидкости, включающее электродвигатель с регулируемым числом оборотов и закрепленную на его оси камеру вращения, отличающееся тем, что камера вращения выполнена в виде верхнего и нижнего оснований, которые соединены двумя проницаемыми обоймами с образованием полости между ними для образца породы, при этом в центре верхнего основания выполнен канал, через который в камере вращения установлен с зазором клапан, соединенный с трубопроводом, соединенным с трубопроводом, подающим жидкость в камеру вращения, размещенную внутри камеры для сбора отфильтрованной жидкости.

Использование: исследование фильтрации промывочных жидкостей с различными закупоривающими материалами, через высокопроницаемые горные породы. Сущность изобретения: кольцевой образец породы помещают на периферии камеры, которой придают вращение вокруг ее центральной оси. Камеру заполняют жидкостью с закупоривающим материалом и создают давление жидкостью на кольцевой образец породы за счет вращения камеры. Камеру через канал в ее центральной части дополняют жидкостью со скоростью ее фильтрации через образец. Количество подаваемой и отфильтрованной жидкости и время фильтрации регистрируют. Камера для приема испытуемой жидкости содержит нижнее и верхнее основания, которые соединены двумя проницаемыми обоймами с расположенными между ними образцом породы. В центре верхнего основания выполнен канал, через который в камере с зазором уста- новлен клапан. Клапан соединен с трубопроводом, через который в камеру пода ют испытуемую жидкость. Положительный эффект: повышение точности и достоверности исследований закупоривающей способности промывочной жидкости в условиях максимально приближенных к реальным условиям течения жидкости в скважине за счет изменения в широких пределах величины давления жидкости на образец породы и возможности изменять проницаемость модельного образца горной породы Создается возможность оценить количество материала, участвующего в процессе закупоривания породы. 2 н.з.п. ф-лы. 1 табл. 1 ил: у Ё

Закупоривающий материал

Частота вращения, об/мин

Давление (напор), МПа Объем раствора, поданного в камеру вращения до момента закупоривания, см3 Объем отфильтрованного раствора, см3 Время от момента подачи раствора в камеру вращения до момента закупоривания об- разца, мин

Торф

Опилки

3000 0,29

2100 1714

9,3

П

&

W 15

Д

// :.//

13 5 23 /

18

/L

fjfZjJ FJ 7SfSfSffJfjj fY ЈfJt

УУ/А////////77

;;

70